Lab4U Talks: Temporada 2. Enseñar Ciencias experimentando y usando simulaciones

Enseñar Ciencias experimentando y usando simulaciones. Diferencias y consideraciones.

En este primer capítulo de la segunda temporada de Lab4U Talks en Español, Komal y su co-host, el profesor Javier Baeza, conversan con el profesor de Química y Biología de Lab4U, Esteban Ardiles, quien tiene años de experiencia en aulas en Chile. 

En Lab4U hay temas recurrentes en las conversaciones con distintos actores de la Educación, en particular de la Enseñanza de las Ciencias: los laboratorios virtuales, la experimentación y el uso de simuladores. ¿Son complementarios o excluyentes? ¿se aprende lo mismo al usar un simulador, ver una animación o usar un instrumento de laboratorio?

En esta nota y podcast, intentaremos dar respuesta a estas preguntas.

Experimentación versus Simulación: ¿Por qué es tan común la pregunta?

Las simulaciones son potentes herramientas que se utilizan desde hace mucho tiempo en las Ciencias. El profesor Javier ejemplifica:

“Una de las primeras simulaciones fue el proyecto Manhattan (la construcción de la bomba atómica), que a través de modelos numéricos, buscó aproximarse al comportamiento estadístico de los átomos de un sólido”.

También podemos encontrar simulaciones en el mundo de la Biología, por ejemplo, con el comportamiento de pandemias, y en Química, con ciertas reacciones o la síntesis de nuevos tipos de compuestos. 

Los alcances de un experimento pueden ser amplificados usando simulaciones numéricas, debido a asuntos prácticos: se pueden hacer millones de simulaciones en paralelo y al mismo tiempo un experimento, que puede ser más costoso en esfuerzos técnicos y recursos. Este tipo de simulaciones han permitido realizar grandes avances, contribuyendo a la masificación de la investigación, lo que no quiere decir que se manejen de forma independiente a los experimentos. Simulación y experimentación van de la mano, trabajan en paralelo, entregando resultados que son usados por científicos teóricos para construir nuevos modelos, y por científicos experimentales para buscar lugares interesantes del mundo real donde poner a prueba dichos modelos teóricos.

Laboratorios virtuales, animaciones,  experimentos y simulaciones

Considerando las posibilidades de actividades en el aula, como simulaciones y experimentos, existe una amplia gama de posibilidades que van desde las menos interactivas hasta las más interactivas: imágenes, videos, simulaciones, laboratorios virtuales y experimentos, entre otros. Esta diferencia no solo radica en cómo se interactúa con el elemento, sino también en la complejidad con que se representa el fragmento de la naturaleza que queremos estudiar.

En este sentido, las simulaciones son una forma de acercar a los estudiantes a modelos previamente desarrollados y con variables totalmente identificadas, y al modificar estas variables se tendrá un resultado predecible. En cambio, en un experimento esto no ocurre: no podemos controlar todas las variables, lo cual conlleva que el resultado no sea exactamente igual, siendo esto una oportunidad de aprendizaje. Además, los modelos tienen un rango de validez en la práctica.

Javier ejemplifica:

“Pongamos un caso más concreto. Pensábamos con Esteban cuando conversamos este tema, en el experimento muy clásico en Física, la ley de Hooke, donde uno toma un resorte, lo estira con alguna fuerza o cuelga alguna masa sobre ella, y observa qué tanto se estira. Y a través de esa relación, entre cuánta masa uno cuelga y qué tanto se estira, uno puede deducir una ley, una relación entre esas dos cosas. Esa relación en el mundo real, está limitada, puesto que existen restricciones en los materiales y el procedimiento. En otras palabras, un modelo de resorte que siga la ley de Hooke debería estirarse eternamente. Sin embargo, el resorte real, en algún momento se corta”.

El profesor Esteban complementa:

“En química hay ciertas cosas que son importantes y que bajo las simulaciones no se pueden estudiar, porque tienen este problema de no acercarse necesariamente a lo real, sino más bien a lo ideal. Por ejemplo, al estudiar Estequiometría, una de las cosas que teóricamente tenemos que enseñar es calcular un porcentaje de rendimiento. Este se entiende como la diferencia entre lo que yo espero obtener y lo que realmente obtengo. Esa diferencia se da por errores experimentales básicos, como sacar todo el producto de un vaso precipitado o lo que se pierde cuando algo salpica. Hay un montón de situaciones muy mínimas que cambian el resultado de lo esperado”.

¿Por qué en Lab4U no hacemos simulaciones o  laboratorios virtuales?

En un laboratorio virtual, dos estudiantes toman sus frascos virtuales, realizan la reacción, miden el producto,  ambos deberían tener el mismo resultado. En el mundo real, con exactamente los mismos materiales, instrumentos de medición y reactivos, se espera que dos estudiantes distintos obtengan resultados similares, pero no iguales. 

Lab4U se encuentra en el lado de los experimentos reales, ya que utilizamos los celulares como un instrumento de medición y ahí está la parte experimental, diferenciándose de un laboratorio virtual que se basa en una simulación con parámetros definidos y resultados predecibles.

“Nosotros medimos el mundo real, queremos acercarnos al mundo que queremos describir, y el estudiante que se acerca a ese mundo real a través de la ciencia, deja de ver el modelo científico como algo que solo funciona en la clase de Ciencias”, dice el profesor Javier. 

¿Cuál es el rol de la simulación en el proceso de aprendizaje?

No queremos dejar las simulaciones como las malas de la película: tienen ventajas frente a la experimentación con materiales reales. Por ejemplo, en las simulaciones nunca se acabarán los reactantes y no hay costo en instrumentos de medición especializados. Además de esto, la simulación puede hacer visible cosas que en la naturaleza no lo son, como el proceso de muerte de una estrella, el cual tomaría un tiempo demasiado largo como para ser observado. El profesor Esteban agrega: “Una gran ventaja está en la disminución de riesgos y peligros con algunos elementos, sobre todo para los estudiantes”. 

Pero mientras sea posible, seguiremos potenciando experimentos que promuevan el aprendizaje de una ciencia real, cercana al mundo, con complejidades técnicas y procedimentales. La educación científica debería acercar a los estudiantes a entender el mundo al que pertenecen y nunca conformarse sólo con entender los modelos que producen los científicos.

¿Te gustaría conocer más detalles de esta entretenida conversación? ¡Te invitamos a escuchar este nuevo capítulo de Lab4U Talks en las distintas plataformas!